EVY SETIAWATI

TEKNOLOGI PENGOLAHAN BIODIESEL DARI MINYAK JELANTAH

DENGAN PROSES MIKROFILTRASI DAN TRANSESTERIFIKASI

SEBAGAI ALTERNATIF BAHAN BAKAR MESIN DIESEL

Banjarbaru, 24 November 2014

Program Insentif Peningkatan Kemampuan Peneliti dan Perekayasa

Kerjasama Kemenristek – Kemenperin Tahun 2011

LATAR BELAKANG (1)

SKEMA MODEL PENGUSAHAAN PANAS BUMISKEMA MODEL PENGUSAHAAN PANAS BUMI

Cadangan BBM fosil diperkirakan habis

dalam waktu 10-15 th mendatang

(data Automotive Diesel Oil)

Pada tahun 2025, peranan energi yang

dapat diperbarui meningkat biodiesel

(Blue Print Energi Nasional)

Peningkatan kebutuhan BBM, ditandai dengan

peningkatan jumlah kendaraan bermotor, jumlah

penduduk yang menggunakan minyak tanah,

dan jumlah industri yang menggunakan solar

Solikhah (2009) : kualitas yang diuji hanya meliputi

viskositas, angka asam, GT, GB

Jaruyanon, Wongsapai (2008); Suirta (2009) : proses 2 tahap

esterifikasi dan transesterifikasi. Perlu methanol banyak &

rendemen kecil. Uji hanya densitas, viskositas, bil.asam,

bil.iod

Buchori (2009) : memproduksi biodiesel dengan catalytic

cracking pada P & T tinggi, sehingga memerlukan energi

lebih besar. Uji hanya densitas, viskositas, index bias

Bahan baku : Minyak jelantah

Konsumsi minyak goreng di Indonesia tahun

2008 sekitar 5 juta kL

Mengandung senyawa-senyawa karsinogenik

Jika dibuang ke lingkungan menimbulkan

pencemaran

Apabila kandungan asam lemak bebas minyak jelantah

tinggi, maka diperlukan katalis jumlah besar yang menyebabkan

terbentuknya sabun sehingga menyulitkan proses pemisahan.

Oleh karena itu diperlukan teknologi yang tepat, mudah dan

murah untuk mengolah biodiesel berbahan baku minyak

jelantah.

LATAR BELAKANG (2)

Metodologi minyak jelantah

Filtrasi dengan filter paper

1 μm, 5 μm, dan 16 μm

Minyak-minyak lemak

Trans-esterifikasi

Settling dalam air

panas

Bagian atas:

Ester metil / etil asam lemak

Bagian bawah:

Gliserin kasar

Pemurnian dengan

Bleaching earth 1%

Product

By product

Analisis pendahuluan:

kadar FFA, kadar air dan kotoran

0,6 %

NaOH

30 %

Methanol

Sodium Metoksid

- Diaduk sampai larut

- Dipanaskan suhu 65 C

- t0 = 30, 60, 90 menit

- Dipanaskan sampai suhu 50 C

- Didiamkan selama 1 jam

- Diaduk dan dipanaskan

- Dipisahkan menggunakan filter vaccum pump

Pure Biodiesel

Drying pada T=105 C

Saring

Proses Penyaringan minyak jelantah Minyak Jelantah sebelum penyaringan

Mijel setelah penyaringan Proses pemanasan Mijel sampai 500C dan

proses pelarutan NaOH

Proses pencampuran Mijel + NaMeOH

(pada saat T=500C) Proses transesterifikasi T = 650C, t = 60 mt

Settling selama 1 jam Proses pemisahan fa (biodiesel kasar) dan

fb (gliserol)

Biodiesel kasar + adsorben Gliserol

Drying Biodiesel murni

Mijel awal – Mijel filtrasi – Crude biodiesel

+ adsorben – Gliserol Unit Plant Pembuatan

Biodiesel

Hasil Penelitian (1)

Puncak Waktu

Retensi

%

Senyawa

Senyawa

1 17,070 0,56 Metil ester tridekanoat

2 19,368 39,93 Metil ester heksadekanoat

(metil ester palmitat)

3 20,850 0,15 Olealdehid

4 21,163 51,29 Metil ester 9-octadecanoat

(metil ester oleat)

5 21,326 4,58 Metil ester oktadekanoat

(metil ester stearat)

6 22,925 3,31 Metil ester risinoleat

(metil undekanoat)

7 23,137 0,18 Metil ester eikosanoat

(metil arachidat)

GC-MS

Hasil Penelitian (2)

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

To

tal A

cid

Nu

mb

er

(mg

KO

H/g

)

Kombinasi Perlakuan

Series1

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

Glis

ero

l To

tal

(%)

Kombinasi Perlakuan

Series1

Biodiesel memiliki kadar

gliserol total yang rendah

dan memenuhi standar

SNI 04-7182-2006

(maksimal 0,24%-massa)

Biodiesel minyak jelantah secara

umum memiliki bilangan asam

yang rendah dan memenuhi

standar SNI (maksimal 0,80 mg

KOH/g)

Hasil Penelitian (3)

96,40

96,60

96,80

97,00

97,20

97,40

97,60

97,80

Kad

ar

Este

r (%

)

Kombinasi Perlakuan

Series1

Kadar gliserol bebas tinggi dan tidak

memenuhi SNI 04-7182-2006 (maksimal

0,02%- massa)

Hanya biodiesel dengan perlakuan

a2b3 dan a3b3 yang memenuhi

persyaratan.

• Kadar ester memenuhi SNI (minimal 96,5%)

menunjukkan besarnya perubahan

reaktan menjadi kompleks teraktifkan.

• Peningkatan kadar ester terjadi karena

semakin lamanya reaksi sehingga tumbukan

antar molekul reaktan semakin sering

terjadi.

Rangkuman Hasil Penelitian (4)

N0 Parameter Satuan Hasil Analisa Kadar Max

1 Massa Jenis pada 400C kg/m3 852 850 - 890

2

Viskositas kinematik pada

400C mm2/s (cSt) 3,5796 2,3 - 6,0

3 Angka setana oC 67,2 min 51

4 Titik nyala oC 175 min 100

5 Titik kabut oC 11 maks 18

6 Korosi lempeng tembaga 1a maks no. 3

7 Residu karbon %-vol 0,01 %wt maks 0,05

8 Air dan sedimen %-vol <0,05 maks 0,05

9 Temperatur destilasi 90% vol oC 365,2 360

10 Abu tersulfatkan %-brt 0,02

11 Belerang ppm (mg/kg) < 0,0017% maks 10

12 Fosfor ppm (mg/kg) 6 maks 10

13 Angka asam mg-KOH/g 0,12489 maks 0,8

14 Gliserol bebas %-massa 0,01168 maks 0,02

15 Gliserol total %-massa 0,23381 maks 0,24

16 Kadar ester alkil %-massa 97,37 min 96,5

17 Angka iodium %-massa (g-12/100g) 106,15 maks 115

18 Uji Helphen negatif negatif

16 µm, t = 60’

Hasil Penelitian (5)

Massa

jenis pada

400C

Indikator banyaknya zat-zat pengotor, seperti sabun dan gliserol hasil reaksi

penyabunan, sisa asam-asam lemak, air, sisa NaOH, ataupun sisa MeOH

(Peterson, 2001 dalam Oktaningrum, 2010). Jika massa jenis biodiesel

melebihi ketentuan sebaiknya tidak digunakan karena meningkatkan

keausan mesin dan menyebabkan kerusakan mesin.

Viskositas

kinematik

pada 400C

Karena tingkat efektivitas proses reaksi yang tinggi, didominasi oleh metil

oleat sehingga berkontribusi terhadap rendahnya viskositas yang dihasilkan

(Kartika, I.A., dkk, 2009). Jika terlalu kental dapat menyulitkan aliran,

pemompaan, dan penyalaan. Jika terlalu encer menyulitkan penyebaran

bahan bakar sehingga sulit terbakar dan akan menyebabkan kebocoran

dalam pipa injeksi. Viskositas berbanding lurus dengan massa jenis.

Angka

setana

Merupakan kemampuan bahan bakar untuk menyala sendiri. Minyak kelapa

dan sawit mengandung asam lemak jenuh sehingga dapat diperkirakan

memiliki angka setana yang lebih tinggi. Metil ester asam lemak tak jenuh

(r>0) memiliki bilangan setana yang lebih kecil dibanding metil ester asam

lemak jenuh (r = 0). Meningkatnya jumlah ikatan rangkap (tak jenuh) suatu

metil ester asam lemak akan menyebabkan penurunan bilangan setana

Titik nyala Telah sesuai dengan syarat mutu biodiesel berada dalam batas aman

terhadap bahaya kebakaran selama penyimpan, penanganan dan

transportasi (handling and storage). Titik nyala mengindikasikan tinggi

rendahnya volatilitas dan kemampuan untuk terbakar dari suatu bahan

bakar.

Hasil Penelitian (6)

Titik kabut Suatu bahan bakar yang sudah terdestilasi adalah temperatur dimana

bahan bakar menjadi berkabut karena kehadiran dari kristal-kristal lilin.

Korosi

lempeng

tembaga

Memprediksi derajat korosifitas relatif lempeng tembaga yang diujikan

pada biodiesel. Hasil pemeriksaan biodiesel diperoleh penggolongan 1a.

Tidak ditemukan berkas korosifitas pada lempeng tembaga dengan

penampakan berwarna orange terang, mengkilap, dan hampir sama baru.

Residu

karbon

Sesuai dengan syarat mutu biodiesel SNI-04-7182-2006 tidak

mengandung sisa karbon di atas standar. Residu karbon bahan bakar

yang tinggi menyebabkan silinder cepat terabrasi

Air dan

sedimen

Kadar air dalam minyak merupakan salah satu tolak ukur mutu minyak.

Kadar air ,mutunya makin baik memperkecil kemungkinan terjadinya

reaksi hidrolisis yang dapat menyebabkan kenaikan kadar asam lemak

bebas. Sedimen maka mempengaruhi kelancaran distribusi bahan bakar

pada ruang pembakaran sehingga mempengaruhi akselerasi kerja mesin

diesel menyumbat dan merusak mesin.

Temperatur

destilasi

90% vol

Temperatur destilasi 90% vol biodiesel yang dihasilkan telah melampaui

syarat mutu SNI-04-7182-2006, namun dinilai masih memenuhi persyaratan

biosolar (max 3700C).

Hasil Penelitian (7)

Abu

tersulfatkan

Kandungan abu tersulfatkan menunjukkan kontaminan materi dan zat

organik seperti residu katalis dan sabun yang teroksidasi daiam proses

pembakaran sehingga membentuk deposit pada mesin (Mittelbach dan

Remschmidt 2004 dalam Sahirman, dkk, 2008).

Belerang Kandungan belerang dalam bahan bakar diesel sangat tergantung pada

asal bahan baku yang akan diolah. Keberadaan belerang tidak diharapkan

karena sifatnya merusak yaitu apabila oksida belerang kontak dengan air

merupakan bahan yang korosif terhadap logam di ruang bakar hasil

pembakaran menimbulkan polusi

Fosfor Fosfor dalam biodiesel dibatasi maksimal 10 ppm, karena menimbulkan

kerak di kamar pembakaran mesin diesel dan meningkatkan jumlah emisi

partikulat dalam emisi gas buang.

Angka asam Merupakan jumlah milligram KOH yang diperlukan untuk menetralkan asam

lemak bebas yang terdapat dalam satu gram minyak atau lemak. Asam

lemak bebas ini terdiri dari asam lemak bebas dan sisa asam mineral

(Prihandana, dkk., 2006).

Gliserol

bebas dan

gliserol total

Kadar gliserol merupakan parameter utama kualitas biodiesel. Kadar

gliserol bebas dipengaruhi oleh proses produksi biodiesel. Adanya

senyawa gliserida dalam biodiesel disebabkan konversi minyak nabati yang

kurang sempurna selama proses transesterifikasi atau reaksi balik antara

gliserin dan metil ester.

Hasil Penelitian (8)

Kadar ester

alkil

Semakin lama waktu reaksi, maka kemungkinan kontak

antar zat semakin besar sehingga akan menghasilkan

konversi yang besar. Hikmah dan Zuliyana (2010)

“kesetimbangan reaksi sudah tercapai dalam waktu

kurang lebih 60 menit, sehingga dalam waktu yang lebih

lama dari 60 menit tidak akan menguntungkan karena

tidak memperbesar hasil dan reaksi bersifat reversible

(bolak- balik)”.

Angka iodium Menunjukkan banyaknya ikatan rangkap dua dalam asam

lemak penyusun biodiesel. Jika AI tinggi (>115%),

cenderung untuk terpolimerisasi dan pembentukan

deposit di lubang saluran injector noozle dan cincin

piston pada saat mulai pembakaran (Panjaitan, 2005).

Uji Helphen Biodiesel ini tidak mengandung asam lemak

siklopropenoid sehingga aman digunakan untuk mesin

diesel (uji Helphen = -)

Uji Emisi (1)

No Emisi

Hasil Uji

Baku

Mutu

Satuan B0 B20 B40 B60 B80 B100

1 Karbon monoksida

(CO) - mg/m3

5,5 0,15 0,09 0,07 0,03 0,01

2 Nitrogen Oksida

(NOx) sebagai NO2 700 mg/m3 43,5 17,0 13,0 10,0 9,50 6,00

3 Opasitas 15 % 6 5 4 4 3 3

4 Sulfur Dioksida

(SO2) 700 mg/m3 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01

5 Partikulat 200 mg/m3 43,05 43 42,95 42,43 41,65 41,55

% Penurunan Emisi

Emisi B20 B40 B60 B80 B100

Karbon monoksida (CO) 97,27 98,36 98,73 99,45 99,82

Nitrogen Oksida (NOx)

sebagai NO2 60,92 70,11 77,01 78,16 86,21

Opasitas 16,67 33,33 33,33 50,00 50,00

Partikulat 0,12 0,23 1,44 3,25 3,48 % Penurunan Emisi

Uji Emisi (2)

% Penurunan Emisi

Aspek Tekno Ekonomi

Bahan Bakar

Harga

Jual/Liter

(Rp)

Selisih Harga Jual

terhadap Biodiesel

(Rp)

Keterangan

Biodiesel (2011) 4.979* 0 -

Solar Subsidi (2011) 4.500 (479) Biodiesel lebih

mahal 9,62%

Solar Non Subsidi

(2011)

9.750 4.771 Biodiesel lebih

murah 95,82%

Solar Pertamina DEX

(2011)

17.000 12.021 Biodiesel lebih

murah 241,43%

Solar Subsidi (2014) 7.500 (479) Biodiesel lebih

mahal 50,6%

Solar Non Subsidi

(2014)

?? ?? ??

Kesimpulan dan Saran

Kesimpulan

• Produk biodiesel dengan mikrofiltrasi 16 µm dengan lama proses

transesterifikasi selama 60 menit telah memenuhi persyaratan

SNI 04-7182-2006, kecuali parameter temperatur destilasi 90 0C,

tetapi nilai ini masih memenuhi persyaratan biosolar

Saran

• Dari sisi proses transesterifikasi, sebaiknya dilakukan variasi jumlah

katalis dan pelarut metanol dan variasi suhu

TERIMA KASIH